[發(fā)明專利]木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110303475.4
• 申請日: 2011-10-09
• 公開（公告）號: CN103031342A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 繆晡;丁偉軍;陳棟;羅翔明;杜軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中石化上海工程有限公司
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12R1/84;C12R1/865;C12R1/72
• 代理公司: 上海東方易知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 31121
• 代理人: 沈原

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法。?

背景技術(shù)

21世紀所面臨的能源、資源、環(huán)境等危機，已成為人類文明發(fā)展的主要障礙。人們正在努力尋找替代化石燃料的新能源，以降低對不可再生能源的依賴、控制二氧化碳的排放、保護生態(tài)環(huán)境。木質(zhì)纖維原料是地球上產(chǎn)量最大的可再生資源，包括林木、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)副產(chǎn)品加工下腳料等。目前這些資源中，除少數(shù)用于紙漿造紙、建筑、紡織、飼料等行業(yè)外，大部分被白白地浪費掉。因此，開發(fā)木質(zhì)纖維素原料制備乙醇的工藝是未來乙醇生產(chǎn)的發(fā)展方向。?

木質(zhì)纖維素原料制備乙醇的工藝主要包括四個步驟：預(yù)處理、酶水解、微生物發(fā)酵和乙醇分離。其中，預(yù)處理技術(shù)作為木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為能源的關(guān)鍵步驟，已成為科研工作者關(guān)注的焦點。木質(zhì)纖維素原料含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，當(dāng)采用纖維素酶水解木質(zhì)生物資源制備乙醇時，纖維素酶必須接觸吸附到纖維素底物上才能使反應(yīng)進行，因此，纖維素對纖維素酶的可及性是決定水解速度的關(guān)鍵因素。纖維素的結(jié)晶區(qū)、木質(zhì)生物資源的表面狀態(tài)、木質(zhì)生物資源的多組分結(jié)構(gòu)、木質(zhì)素對纖維素的保護作用以及纖維素被半纖維素覆蓋等結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分的因素致使木質(zhì)生物資源難以降解?？偟膩碇v，未經(jīng)預(yù)處理的天然狀態(tài)的木質(zhì)生物資源的酶解率小于20％。因此，必須對原料進行預(yù)處理，將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素進行分離，打破纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高纖維素對酶的可及性，使纖維素酶滲透進入纖維素，從而有效地酶解纖維素。?

木質(zhì)纖維原料的預(yù)處理有多種方法，較常用的是酸處理法。CN101705255A公開了一種利用作物秸稈發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法，在120～150℃，絕對壓力為0.2～0.6MPa的條件下，用0.5％～1％稀酸對秸稈進行預(yù)處理反應(yīng)1～3小時，然后通過60℃的溫水洗滌后經(jīng)酶解發(fā)酵得到乙醇。CN101696419A將植物或植物廢棄物于160～300℃的溫度下用0.1～3％的酸溶液進行浸泡處理，分解得到木質(zhì)素，并分離出纖維素、D-木糖和L-阿拉伯糖；再應(yīng)用所構(gòu)建的釀酒酵母工程菌于28～30℃進行發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。這種酸處理方法雖然可以水解半纖維?素，但產(chǎn)生的副產(chǎn)物多，總糖的損失大，而且部分副產(chǎn)物對發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用，造成后續(xù)的總糖利用率較低。?

目前文獻報道的最有工業(yè)應(yīng)用前景的是物理化學(xué)法-蒸汽爆破法。蒸汽爆破法主要是在中性或堿性條件下，利用高溫高壓水蒸氣處理的纖維原料，并通過瞬間泄壓過程實現(xiàn)原料的組分分離和結(jié)構(gòu)變化。文獻CN101693905A公開了將成熟的玉米秸稈切段，然后在溫度為220～240℃、壓力為1.6～1.8MPa的條件下蒸汽爆破預(yù)處理4～6分鐘，得汽爆秸稈。文獻CN1786340A公開了以秸稈為原料，經(jīng)粗切后進行蒸汽爆破，按秸稈原料的絕干重量的0.5～2％加入燒堿，在145～180℃汽相蒸煮溫度、0.9～2.0MPa壓力下處理12～18分鐘，瞬間減壓釋放得到汽爆秸稈。中性或堿性條件下蒸汽爆破雖然具有處理時間短、化學(xué)藥品用量少、無污染的優(yōu)點，但是一方面由于半纖維素、纖維素和木質(zhì)素三者纏繞結(jié)構(gòu)未被充分打開，纖維素對纖維素酶的可及性低，造成后續(xù)纖維素水解效率較低；另一方面，由于中性條件下，半纖維素?zé)o法被有效降解成戊糖，戊糖未能充分利用；這都使得總糖得率較低。此外，由于是把原料裝在汽爆罐中，只能一罐一罐地間歇處理，不能連續(xù)化操作，生產(chǎn)效率低。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)存在總糖得率低的問題，提供一種新的木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法。該方法具有總糖得率高的特點。?

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，包括以下步驟：?

1)將木質(zhì)纖維原料粉碎，在20～80℃條件下用稀酸有效連續(xù)浸漬，停留時間1～15分鐘，然后脫水；?

2)脫水后的物料在溫度80～200℃、壓力0.4～10MPa條件下處理1～35分鐘；?

3)步驟2)得到的物料中加入水，配成所需的干物濃度，在30～70℃、pH＝1～7的條件下經(jīng)纖維素酶水解8～120小時，得到含戊糖和己糖的酶解液；?

4)步驟3)得到的酶解液在20～45℃、pH＝3～8的厭氧條件下進行發(fā)酵菌共發(fā)酵8～120小時，得到含乙醇的發(fā)酵醪液；?

5)步驟4)得到的發(fā)酵醪液經(jīng)提濃后得到純度為95％的乙醇。?